并发编程核心知识

📕我是廖志伟，一名Java开发工程师、《Java项目实战——深入理解大型互联网企业通用技术》（基础篇）、（进阶篇）、（架构篇）清华大学出版社签约作家、Java领域优质创作者、CSDN博客专家、阿里云专家博主、51CTO专家博主、产品软文专业写手、技术文章评审老师、技术类问卷调查设计师、幕后大佬社区创始人、开源项目贡献者。

📘拥有多年一线研发和团队管理经验，研究过主流框架的底层源码(Spring、SpringBoot、SpringMVC、SpringCloud、Mybatis、Dubbo、Zookeeper)，消息中间件底层架构原理(RabbitMQ、RocketMQ、Kafka)、Redis缓存、MySQL关系型数据库、 ElasticSearch全文搜索、MongoDB非关系型数据库、Apache ShardingSphere分库分表读写分离、设计模式、领域驱动DDD、Kubernetes容器编排等。不定期分享高并发、高可用、高性能、微服务、分布式、海量数据、性能调优、云原生、项目管理、产品思维、技术选型、架构设计、求职面试、副业思维、个人成长等内容。

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一、并发编程知识体系

并发编程是现代计算机科学中一个至关重要的领域，它涉及到多线程的创建、管理以及同步。以下是对并发编程知识体系的详细阐述，旨在提供专业且通俗易懂的理解。

线程基础

线程是并发编程中最基本的执行单元。在操作系统中，线程通常由线程管理器进行管理，包括线程的创建、调度、同步和销毁。以下是一些基础概念：

• 线程生命周期：线程从创建到销毁，经历新建（New）、就绪（Runnable）、运行（Running）、阻塞（Blocked）、等待（Waiting）和终止（Terminated）等状态。线程的生命周期管理涉及到线程状态转换的具体机制，如线程的创建通常通过操作系统提供的API实现，而线程的调度则依赖于操作系统的调度算法。

• 线程优先级：线程优先级决定了线程在调度时的优先级，高优先级的线程更有可能获得CPU时间。在大多数操作系统中，线程优先级通常由线程属性来定义，线程调度器根据优先级和线程状态来决定线程的执行顺序。

• 守护线程：守护线程是服务其他线程的线程，当所有非守护线程结束时，程序也会随之结束。在Java中，可以通过调用setDaemon(true)方法将线程设置为守护线程，这种线程通常用于执行一些后台任务，如垃圾回收。

线程池

线程池是管理一组线程的容器，它可以提高程序性能，减少线程创建和销毁的开销。线程池的实现通常涉及到以下几个关键点：

• 核心参数配置：包括核心线程数、最大线程数、线程存活时间等。核心线程数决定了线程池在运行时维护的最小线程数，最大线程数则限制了线程池可以创建的最大线程数。

• 拒绝策略：当线程池中的线程数量达到最大值时，如何处理新任务的提交。常见的拒绝策略包括：抛出异常、返回Future对象、丢弃任务等。

• 工作队列类型：包括有界队列和无界队列，用于存放等待执行的任务。有界队列可以防止任务无限增长，而无界队列则可能导致内存溢出。

同步机制

同步机制用于解决多个线程对共享资源访问的冲突。以下是几种常见的同步机制：

• 悲观锁/乐观锁：悲观锁假设并发冲突一定会发生，乐观锁假设并发冲突很少发生。悲观锁通常使用锁机制来确保数据的一致性，而乐观锁则通过版本号或时间戳来检测冲突。

• 读写锁：读写锁允许多个读操作同时进行，但写操作必须独占。读写锁可以提高并发性能，因为读操作通常比写操作更频繁。

• 条件变量：条件变量允许线程在满足某些条件时挂起，在条件成立时唤醒。条件变量通常与锁一起使用，以实现复杂的线程同步。

并发集合

并发集合是专门为并发环境设计的集合类，以下是一些常用并发集合：

• ConcurrentHashMap：线程安全的HashMap，提供了高效的并发访问。ConcurrentHashMap内部采用分段锁技术，将数据分为多个段，每个段有自己的锁，从而减少锁的竞争。

• CopyOnWrite容器：在写操作时复制整个容器，读操作时不会阻塞其他线程。CopyOnWrite容器适用于读多写少的场景，因为写操作会复制整个容器，开销较大。

• BlockingQueue：线程安全的队列，支持生产者-消费者模型。BlockingQueue内部通常使用锁和条件变量来实现线程间的同步。

并发工具类

一些常用的并发工具类包括：

• Phaser：用于线程之间的协作，如屏障操作。Phaser允许线程在执行到某个点时等待其他线程，直到所有线程都到达该点。

• Exchanger：用于线程之间交换数据。Exchanger允许两个线程在某个点交换数据，然后继续执行。

• FutureTask：用于异步执行任务，并获取结果。FutureTask是Future接口的实现，它允许调用者异步地执行一个任务，并获取任务的结果。

非阻塞算法

非阻塞算法通过无锁操作来避免线程间的竞争条件。以下是一些常见的非阻塞算法：

• CAS原理：Compare-And-Swap，用于实现无锁算法。CAS操作通过原子性地比较和交换内存中的值来更新数据。

• Atomic类：提供原子操作的类，如AtomicInteger、AtomicLong等。Atomic类内部使用CAS操作来实现原子性。

• 无锁队列：使用CAS操作实现的线程安全队列。无锁队列通过CAS操作来保证线程安全，避免了锁的开销。

并发框架

一些流行的并发框架包括：

• Netty线程模型：Netty使用主从多线程模型，提供高性能的网络通信。主线程负责接收和处理连接，从线程负责处理实际的读写操作。

• Akka Actor模型：基于Actor模型构建的并发框架，适用于构建分布式系统。Actor模型通过消息传递来实现线程间的通信，避免了锁的使用。

• Disruptor环形缓冲区：用于实现高性能的消息传递。Disruptor使用环形缓冲区和CAS操作来实现线程安全的消息传递，避免了锁的开销。

二、MyBatis知识体系

MyBatis是一个优秀的持久层框架，它支持定制化SQL、存储过程以及高级映射。以下是MyBatis知识体系的详细解析。

SQL映射

MyBatis的核心功能是将SQL映射到Java对象。以下是SQL映射的实现细节：

• 注解映射：使用注解来指定SQL映射，简化XML配置。MyBatis提供了多种注解，如@Select、@Insert、@Update、@Delete等，用于指定SQL语句和映射的Java对象。

• 结果集映射：将查询结果映射到Java对象或集合。MyBatis使用XML配置或注解来定义结果集映射，包括字段映射、类型转换等。

• 关联查询：处理多表关联查询，将结果映射到相应的Java对象。MyBatis支持级联属性和关联查询，可以方便地处理复杂的SQL语句。

动态SQL

动态SQL允许根据条件动态生成SQL语句。以下是动态SQL的实现细节：

• OGNL表达式：使用OGNL表达式进行条件判断和赋值。OGNL表达式是一种强大的表达式语言，可以用于动态生成SQL语句。

• 分支语句：根据条件执行不同的SQL片段。MyBatis支持<if>、<choose>等标签来实现条件分支。

• 批量操作：支持批量插入、更新和删除操作。MyBatis支持<foreach>标签来实现批量操作。

缓存机制

MyBatis提供一级缓存和二级缓存机制，用于提高查询效率。以下是缓存机制的实现细节：

• 一级缓存：会话级别的缓存，在同一个会话中共享。一级缓存通常使用HashMap来实现，缓存查询结果。

• 二级缓存：映射级别的缓存，可以在不同的会话中共享。二级缓存通常使用HashMap来实现，缓存映射信息。

• 自定义缓存：允许自定义缓存实现，满足特定需求。MyBatis支持自定义缓存实现，可以通过实现Cache接口来实现。

• 代理模式：使用代理模式来实现缓存的封装和调用。MyBatis使用代理模式来隐藏缓存的实现细节，简化使用。

MapperProxy插件

MapperProxy是MyBatis中用于动态代理的核心组件。以下是MapperProxy的实现细节：

• 插件拦截：插件可以在执行SQL前后进行拦截，实现自定义逻辑。MyBatis提供了插件机制，允许用户自定义插件来拦截SQL执行过程。

• 动态代理执行流程：MyBatis使用动态代理来生成Mapper接口的实现类，通过代理类来拦截SQL执行过程。

SqlSession生命周期

SqlSession是MyBatis中用于执行SQL操作的接口，它有一个生命周期。以下是SqlSession生命周期的实现细节：

• 创建：通过SqlSessionFactory创建SqlSession。SqlSessionFactory负责创建SqlSession实例，并管理SqlSession的生命周期。

• 使用：执行SQL操作。SqlSession提供了执行SQL操作的方法，如selectOne、selectList、insert、update、delete等。

• 关闭：释放资源，关闭SqlSession。关闭SqlSession可以释放数据库连接、关闭事务等资源。

执行器类型

MyBatis提供了多种执行器类型，用于处理SQL语句的执行。以下是执行器类型的实现细节：

• 简单执行器：适用于单条SQL语句的执行。简单执行器直接执行SQL语句，不进行优化。

• 批处理执行器：适用于批量操作。批处理执行器可以将多个SQL语句合并为一个批处理，减少网络往返次数。

• 分页执行器：适用于分页查询。分页执行器可以实现分页查询，只返回指定范围的记录。

扩展机制

MyBatis提供了多种扩展机制，以增强其功能。以下是扩展机制的实现细节：

• 类型处理器：用于处理Java类型和数据库类型之间的转换。MyBatis提供了类型处理器机制，可以将Java类型转换为数据库类型，反之亦然。

• 拦截器链：允许在执行SQL前后进行拦截，实现自定义逻辑。MyBatis提供了拦截器机制，允许用户自定义拦截器来拦截SQL执行过程。

• 方言支持：支持不同数据库的特定语法和特性。MyBatis提供了方言支持机制，可以针对不同数据库进行优化。

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